高溫高壓偏心半球閥的密封結構設計

　　論述了高溫高壓偏心半球閥的工作原理，介紹了半球閥密封副的自密封結構設計和制造要點(diǎn)。

1、概述

　　偏心半球閥具有啟閉迅速，輕便，流阻小，關(guān)閉時(shí)利用楔形原理能夠清除結垢，便于氣控和電控等優(yōu)點(diǎn)，得到各行各業(yè)廣泛應用。針對偏心半球閥在高溫高壓工況下的應用，設計了一種新型的密封副自密封結構。

2、工作原理

　　偏心半球閥( 圖1) 閥體和半球體回轉中心( 即閥桿軸線(xiàn)) 與半球體密封球面的幾何中心偏置一個(gè)徑向尺寸，還與閥座密封面在閥體通道軸線(xiàn)上有個(gè)偏置尺寸。偏心半球閥依靠?jì)蓚�(gè)偏心實(shí)現自鎖關(guān)閉，偏心的合理選配使得自鎖角小于摩擦角。自鎖角選的太小關(guān)閉容易，但開(kāi)啟困難。自鎖角度選的大，開(kāi)啟力小，但關(guān)閉力矩增大。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為應反復試驗，確定合理的偏心量，保證可靠的自鎖密封性能。

　　偏心半球閥密封副的特點(diǎn)是閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，閥座壓蓋壓緊碟簧，由碟簧推動(dòng)密封壓蓋和閥座向半球體壓緊，并使碟簧在設計變形范圍內，使密封副之間的作用力達到密封必須比壓，真空技術(shù)網(wǎng)認為這樣可以保證閥門(mén)在低壓時(shí)不發(fā)生內漏現象。在閥門(mén)啟閉過(guò)程中，閥座、密封壓蓋和密封圈作為一個(gè)構件隨著(zhù)半球體開(kāi)啟角度的變化在管道軸線(xiàn)方向適量懸浮移動(dòng)，在介質(zhì)壓力作用下向半球體壓緊，其向閥瓣壓緊的作用力隨著(zhù)介質(zhì)壓力的升高而增大，從而達到自密封效果。

圖1 高溫高壓偏心半球閥

3、結構特點(diǎn)

　　當管道介質(zhì)壓力由低向高變化時(shí)，偏心半球閥要保持較好的密封效果密封副必須滿(mǎn)足2 個(gè)條件。

　　(1) 密封預緊力。通過(guò)螺栓產(chǎn)生一定的預緊力，再由閥座壓蓋傳遞給碟簧，使得碟簧產(chǎn)生變形。為了延長(cháng)碟簧使用壽命，碟簧的變形量不能超過(guò)自由高度的75%，通過(guò)系列力的傳遞使密封副達到設計的密封比壓。

　　(2) 密封面強度高。為保證密封副在高壓時(shí)不損壞，需要在半球體和閥座的密封面堆焊硬質(zhì)合金。堆焊材料需要根據工況做出調整，通常堆焊司太立合金，其抗擦傷性好，硬度高，耐沖蝕，可以延長(cháng)閥門(mén)使用壽命。

　　為了在升壓初期密封圈處不發(fā)生內漏，將密封圈做成90°的V 形口，密封圈壓蓋做成95°的V 形面(圖2) 。在碟簧預緊力作用下，利用密封圈壓蓋和密封圈之間的角度差，密封圈受到壓緊力后，開(kāi)口適度增大，在徑向方向貼緊閥體和閥座，如果在有介質(zhì)作用力下，V 形開(kāi)口也會(huì )增大，這樣會(huì )貼合更緊，密封效果更好。密封圈與閥座接觸的面做成斜面，便于增大接觸面的密封長(cháng)度。為了使閥門(mén)滿(mǎn)足425°C 高溫狀態(tài)的工作要求，密封圈材料選擇編織或增強柔性石墨，碟簧材料選擇60Si2MnA 或Inconel。

圖2 密封圈和密封圈壓蓋

4、預緊力

　　碟簧預緊力必須大于等于密封面必須比壓才可以實(shí)現介質(zhì)在低壓狀態(tài)下不泄漏，假設密封力完全由介質(zhì)力作用，使得半球體與閥座密封面不泄漏，此時(shí)的介質(zhì)壓力為p，密封面上必須比壓為qMF。密封比壓為qMF時(shí)，達到密封比壓時(shí)的密封力F1和作用在閥座上的介質(zhì)力F2為

5、結語(yǔ)

　　高溫高壓偏心半球閥采用碟簧預緊自密封的密封副，并將密封圈材料由橡膠改為V 形增強柔性石墨或編織柔性石墨圈，實(shí)現閥門(mén)在低壓狀態(tài)下可靠密封。在0～10MPa 試驗壓力作用下，閥門(mén)啟閉力矩小，密封效果好。